ХХ століття виявилося для фізики надзвичайно врожайним – вона стала загальновизнаною «королевою наук». Рівень пізнання закономірностей навколишнього світу незмірно зріс. І це при тому, що наприкінці ХІХ століття видатний фізик Дж. Томсон передрікав фізиці вступ у вік творчого «безпліддя». Він вважав, що основні проблеми в ній уже розв’язано і на горизонті залишилися тільки невеличкі незрозумілі «хмаринки». Як виявилося, ці «хмаринки» невдовзі перетворилися у квантову механіку і теорію відносності, що буквально перевернули попередні фізичні уявлення і дали потужний поштовх розвитку ряду галузей техніки.

У минулому столітті фізика породила три найвизначніші технічні відкриття, які без перебільшення змінили світ. Це ядерна енергетика (у військовій справі – ядерна зброя), напівпровідникова електроніка (транзистори та інші електронні прилади, які, зокрема, дали можливість створити сучасну комп’ютерну техніку і фантастично вдосконалити засоби зв’язку і масової інформації) і лазерна техніка (безліч різноманітних технологій – в побуті, обробці матеріалів, медицині, поліграфії, телекомунікаціях тощо).

Такий каскад досягнень навіть спричинив деякий ефект «насичення» у ставленні людей до науки і техніки. Створюється враження, особливо у молоді, що в техніці вже взагалі не існує нічого неможливого і що все це досягається дуже легко, мимохідь. Насправді це зовсім не так. За всіма згаданими і багатьма іншими успіхами стоять талант і глибокі знання, напружена праця, драматичні долі багатьох вчених  та інженерів, змагання ідей, а нерідко і жорстока конкурентна боротьба.

Що стосується фундаментальних фізичних уявлень, то сьогодні вже застосовність квантової механіки  надійно доведено не лише для мікросвіту (атомів, молекул, ядер), а й для макроскопічних об’єктів. На основі моделі кварків було завершено систематику елементарних частинок, тобто складено для них аналог таблиці Менделєєва. Подальше проникнення в таємниці їхньої будови і взаємодій потребує спорудження вже таких потужних і дорогих прискорювачів, що навіть найбагатші країни світу змушені відкладати це «на потім».

Взагалі асигнування на фізичні дослідження значно скоротилися з закінченням холодної війни. Все це спричинило появу деяких досить песимістичних прогнозів щодо подальшого розвитку фізики. Мовляв, принципово майже все вже ясно, а грошей стало обмаль…

Однак, незважаючи на такі похмурі пророцтва, за останні два десятиліття ми стали свідками одержання нових фізичних результатів, що не тільки захоплюють своєю красою, а й вже знаходять (або, без сумніву, скоро знайдуть) важливі застосування.

Візьмімо, наприклад, винайдення сканувальної тунельної мікроскопії. Вона ґрунтується на використанні так званого тунельного ефекту (проникнення частинок крізь потенціальні бар’єри). Він відомий квантовій механіці вже близько 70 років, але лише тепер в тунельному мікроскопі реалізовано можливість за заданою програмою розставляти на поверхні окремі атоми і молекули, викладати з них різні структури, букви і малюнки, тобто створювати своєрідну «атомну мозаїку». Це – фантастичний прорив не лише для фізики, а й для різноманітних технологій.

Оптика – один з найстаріших розділів фізики – також продовжує демонструвати щодалі нові свої можливості. Зокрема, дослідники навчилися створювати вихори в електромагнітному полі лазерних променів, а отже, почала розвиватися так звана сингулярна оптика. Це дає змогу розробляти нові способи запам’ятовування інформації оптичним способом, створювати «безконтактні» оптичні пінцети. А зовсім недавно було показано можливість зменшувати на багато порядків швидкість світла в спеціально приготованих середовищах. Або ж і зовсім «зупинити» світло, тобто накопичити його електромагнітну енергію в збуджених атомах, а потім – через заданий час – дати команду знову випромінити світло. Спробуймо уявити собі, до яких захоплюючих можливостей запам’ятовування і переробки інформації здатне привести це відкриття, якщо взяти до уваги, що вже тепер фізики вміють генерувати фемтосекундні (10^–15 с) лазерні імпульси!

Або ж згадаймо відкриття молекули С₆₀ (фулерену), яка за формою і симетрією нагадує футбольний м’яч діаметром лише 0,7 нанометра (тобто 0,7´10^–9 м), а після того і цілого класу вуглецевих трубок діаметром порядку 1 нанометра (так званих нанотрубок). Це принципово нові форми існування вуглецю поряд з давно відомими графітом і алмазом. Вони відкривають нові захоплюючі  перспективи не лише для спостереження нових фізичних явищ і хімічних реакцій, а й для створення небачених досі матеріалів.

Взагалі, розвиток нанофізики йде повним ходом. Це напрям у фізиці, де досліджуються особливості явищ у  об’єктах, розмір яких порівнянний з довжиною дебройлівської хвилі електронів. Фактично такі об’єкти є резонаторами (або хвилеводами) для електронних хвиль, і їхні властивості суттєво відрізняються від властивостей речовини в макроскопічному стані. Головним «мотором» у розвитку нанофізики і різноманітних нанотехнологій стали нині потреби твердотільної електроніки. Справа в тому, що можливості подальшої мініатюризації інтегральних схем, які ґрунтуються, по суті, на використанні макроскопічних властивостей матеріалів, уже наближаються до фізичної межі.

Перехід до наносхем потребує розробки принципово нової ідеології функціонування приладів. Уже досягнуто значних успіхів у виготовленні й дослідженні так званих квантових точок – по суті, штучних атомів, а також інших квантово-розмірних об’єктів (провідників і «ям»). Є уже і перші прилади з їх використанням, передусім у лазерній техніці, але головна робота, без сумніву, ще попереду. Поставлено завдання створення квантових комп’ютерів, і вже навіть видається спеціалізований науковий журнал, присвячений цим розробкам.

Хоча в основі цих недавніх досягнень лежать уже відомі фізиці квантові принципи, говорити про занепад фізики немає підстав. Адже ці принципи застосовуються до дедалі складніших систем, а при зростанні рівня складності, як відомо, кількість переходить у принципово нову якість. Дуже чітко висловився з цього приводу видатний фізик, лауреат Нобелівської премії Ф. Андерсон: «Більше – значить інакше». Врешті-решт, біологічні системи (а біології небезпідставно віддають пальму першості на ХХ століття) – це також один з видів дуже складних об’єктів, в основі функціонування яких лежать вивчені фізикою взаємодії.

Роль складності системи спостерігаємо скрізь. Скажімо, властивості окремих атомів можна описати досить стисло, але коли ці атоми вступають у взаємодію і утворюють різні комбінації і системи – молекули, гази, плазму, тверді тіла і рідини, а врешті-решт усю флору і фауну – то виникає нескінченна різноманітність явищ і процесів, що їх вивчають. Обмежена кількість нот породжує безмежний світ музики, кілька десятків літер і відповідних звуків створюють все розмаїття мов світу і літератури, а інформатика з її фантастичними програмами взагалі обходиться лише двома знаками – 0 і 1. Ось що дає перехід від елементарного до складного!

А тепер погляньмо на найближчі перспективи розвитку фізики, проектуючи їх, зокрема, на особливі потреби і можливості нашої країни. Не будемо вже торкатися тих розділів фізики, про які йшлося вище.

Галуззю фізики, яка чи не найширше представлена в Україні, є фізика твердого тіла: на неї припадає близько 70 % всіх робіт фізичного спрямування. Напевно, у твердих тілах буде відкрито ще чимало нових явищ, які стануть основою нових корисних застосувань. Не менш важливе те, що фізика твердого тіла, разом з хімією, є фундаментом для розробки нових матеріалів, а Україна має багатющі традиції і величезний потенціал у матеріалознавстві. З матеріалів, яким приділятиметься підвищена увага, назвемо передусім напівпровідники (особливо для наноелектроніки) і металічні сплави, яким можна надавати небачені досі властивості завдяки глибокому пізнанню механізмів фазових перетворень і природи самих фаз.

Безперечно, бурхливо прогресуватиме розробка нових керамічних матеріалів, зокрема, з використанням нанотехнологій. Такі матеріали приваблюють своєю доступністю і відносною дешевизною,  до того ж їм не загрожує корозія – адже  це в основному окисли. Вони, напевно, дедалі ширше застосовуватимуться і в техніці. Саме тому деякі дослідники пророкують пришестя «нового кам’яного віку». Значна увага приділятиметься і методам отримання штучних алмазів та інших надтвердих матеріалів з їх унікальними властивостями.

Без перебільшення безмежні перспективи відкриває дослідження і застосування органічних матеріалів. Тут фізики працюють в особливо тісному контакті з хіміками. Нагадаймо, що недавно були увінчані Нобелівською премією хіміки-відкривачі органічних металів. Зараз відбувається  інтенсивна розробка нових джерел світла на основі органічних люмінофорів. У перспективі – створення молекулярної електроніки, в якій запам’ятовування і обробку інформації мають виконувати окремі молекули.

Хоча роботи з високотемпературної надпровідності останнім часом дещо «згасли», вони не припинилися, і не виключено, що дослідники цього явища ще можуть здивувати світ своїми досягненнями. Розв’язати багато цікавих проблем допоможе  вивчення магнітних матеріалів, особливо в їх нановаріанті. Саме на цьому шляху  можна буде суттєво вдосконалити магнітні методи записування інформації.

Цікавим напрямом залишаються і дослідження поверхонь. Вони тісно переплітаються з нанофізикою, адже чим менші розміри об’єкта, тим більша частка його атомів чи молекул виходить на поверхню. Тут вони перебувають в особливому фізичному і хімічному стані, що використовується, наприклад, у каталізі та багатьох інших технологіях.

Надзвичайно актуальним є розв’язання фізичних проблем енергетики. Тут головним завданням для фізиків буде, безумовно, розробка нових поколінь реакторів АЕС з підвищеною безпекою. Мабуть, людство не обійдеться в майбутньому і без реалізації термоядерного синтезу та його освоєння в промисловому масштабі. Фізика може і повинна багато зробити для енергозбереження – від підвищення ККД теплових електростанцій до розробки різноманітних способів збереження енергії в побуті і удосконалення так званих відновлюваних джерел енергії (сонячних елементів тощо). Благородна мета цієї діяльності – забезпечення комфортного життя людства на засадах розумної достатності, тобто з мінімальною шкодою для довкілля щодо забруднення його різними відходами, з піклуванням про ощадливе використання природних ресурсів, виходячи з нашого морального обов’язку перед прийдешніми поколіннями.

Нові горизонти відкриває бурхливий розвиток фізики м’якої матерії. Це відносно новий термін, що закріпився за галуззю фізики, яка досліджує рідини, рідкі кристали, полімери і різні складні молекулярні системи типу мембран біологічних клітин. Тут фізика досить тісно змикається з хімією, біологією і медициною. Взагалі, коли дослідження переходять на атомно-молекулярний рівень, а саме такою є сучасна тенденція, межі між цими науками стираються, і в результаті такої інтеграції ми повертаємося до єдиної науки з доброю старою назвою ПРИРОДОЗНАВСТВО.

Не можна не згадати і про те, що все ширшого розмаху набувають дослідження різноманітних нелінійних явищ (природа є нелінійною!). Це – величезна і ще мало досліджена галузь, яка вивчає явища самоорганізації матерії, виникнення хаосу і катастроф тощо. Вона встановлює закономірності, які носять майже всеосяжний характер і можуть успішно описувати процеси і в надрах Всесвіту, і в людському суспільстві. Фізики працюють тут у дуже плідному контакті з математиками.

Закінчуючи цей короткий огляд,  віддамо належне також дослідженням з астрофізики і фізики космосу. Адже Україна є космічною державою!

Щоб наша країна подолала кризу і посіла гідне місце у світовому співтоваристві, наука в ній повинна розвиватися на високому рівні. Фізика – одна з найважливіших галузей знання, перед якою відкриваються  захоплюючі перспективи. Заняття нею – нелегка справа, яка потребує від дослідників повної самовіддачі. Але вона винагороджує їх високою радістю пізнання невідомого і можливістю служити людству своєю  творчістю.

А.Г. Наумовець, академік-секретар відділення фізики і астрономії НАН України